堤防工程几种常用的软土地基处理方法

堤防工程几种常用的软土地基处理方法

刘启阳1,洪乃全2,莫文海3

(11雷州青年运河雷州市管理处,广东雷州524200;21雷州市水利水电勘测设计室,广东雷州524200;

31雷州市水利水电建筑工程公司,广东雷州524200)

【摘　要】　软基加固的目的是为了改善建筑物地基土体的力学性质,提高承载能力,增加抗滑稳定,减少压缩变形。为此,评介软土地基上修建堤坊工程常用的地基处理方法。

【关键词】　堤防;　软土地基;　地基处理

【中图分类号】　T V22312 【文献标识码】　B

1　软土地基的特性

软土地基是指压缩层主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成的地基,其承载能力很低,一般不超过50k N/m2。软黏土中最常见的、工程地质性质最差的是淤泥或淤泥质土。通常工程上把天然孔隙比大于或等于115的亚黏土、黏土称为淤泥,而把孔隙比大于110小于115的黏土称为淤泥质黏土。软土地基具有以下的特性。

(1)孔隙比和天然含水量大。我国一般软土的天然孔隙比e=1～2,淤泥和淤泥质土的天然含水量w=50%～70%,一般大于液限,高的可达200%。

(2)压缩性高。我国淤泥和淤泥质土的压缩系数一般大于015M Pa-1,这种软土地基上的建筑物将会发生较大的沉降,尤其是沉降的不均性,会造成建筑物的开裂和损坏。

(3)透水性弱。软土含水量大,可是透水性却很小,渗透系数k≤1(mm/d)。由于透水性如此微小,土体受荷载作用后,往往呈现很高的孔隙水压力,影响地基的压密固结。

(4)抗剪强度低。软土通常呈软塑～流塑状态,在外部荷载作用下,抗剪性能极差。根据部分资料统计,我国软土无侧限抗剪强度一般小于30k N/m2。不排水时,其内摩擦角φ几乎等于零,抗剪强度仅取决于凝聚力C(C<30k N/m2),固结快剪时,φ一般为5°～15°。因此,提高软土地基强度的关键是排水。如果土层有排水出路,它将随着有效压力的增加而逐步固结;反之,若没有良好的排水出路,随着荷载的增大,它的强度可能衰减。在这类软土地基上的建筑物尽量采用“轻型薄壁”,减轻建筑荷重。

(5)灵敏度高。软黏土,尤其是海相沉积的软黏土,在结构未被破坏时具有一定的抗剪强度,但一经扰动,抗剪强度将显著降低。软黏土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度(在含水量不变的条件下,原状土与重塑土无侧限抗压强度之比)来表示,软黏土的灵敏度一般在3～4之间,也有更高的情况。因此,在高灵敏度的软土地基上筑堤时应尽量避免对地基土的扰动。

2　常用的软土地基处理方法

211　堤身自重挤淤法

堤身自重挤淤法就是通过逐步加高的堤身自重将处于流塑态的淤泥或淤泥质土向外挤,并在堤身自重作用下使淤泥或淤泥质土中的孔隙水应力充分消散和有效应力增加,从而提高地基抗剪强度的方法。在挤淤过程中为了不致产生不均匀沉陷,应放缓堤坡、减慢堤身填筑速度,分期加高。其优点可节约投资;缺点是工期长。此法适合于地基呈流塑态的淤泥或淤泥质土,且工期不太紧的情况下采用。

212　旋喷法

旋喷法是利用旋喷机具造成旋喷桩以提高地基的承载能力,也可以作联锁桩施工或定向喷射成连续墙用于地基防渗。旋喷桩是将带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度后提升,喷嘴同时以一定速度旋转,高压喷射水泥固化浆液与土体混合并凝固硬化而成桩。所成桩与被加固土体相比,强度大,压缩性小,适用于冲填土、软黏土和粉细砂地基的加固。对有机质成分较高的地基土加固效果相当差,宜慎重对待。而对于塘泥土、泥炭土等有机质成分极高的土层应禁用。

213　抛石挤淤法

抛石挤淤法就是把一定量和粒径的块石抛在需进行处理的淤泥或淤泥质土地基中,将原基础处的淤泥或淤泥质土挤走,从而达到加固地基的目的。一般按以下要求进行:将不易风化的石料(尺寸一般不宜小于30c m)抛填于被处理堤基中,抛填方向根据软土下卧地层横坡而定。横坡平坦时自地基中部渐次向两侧扩展;横坡陡于1:10时,自高侧向低侧抛填。最后在上面铺设反滤层。这种方法施工技术简单,投资较省,常用于处理流塑态的淤泥或淤泥质土地基。

214　强夯法

强力夯实是将80k N(相当于8t的夯锤)起吊到很高的地方(一般6～30m),让锤自由落下,对土进行夯实。经夯实后的土体孔隙压缩,同时,夯点周围产生的裂隙为孔隙水的逸出提供了方便的通道,有利于土的固结,从而提高了土的承载能力。而且夯后地基由建筑荷载所引起的压缩变形也将大为减小。强夯法适用于河流冲积层,滨海沉积层黄土、

[收稿日期]2007-04-17

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　・岩土工程・　

粉土、泥炭、杂填土等各种地基。

215　垫层法

垫层法就是把靠近堤坊基底的不能满足设计要求的软土挖除,代以人工回填的砂、碎石、石渣等强度高、压缩性低、透水性好、易压实的材料作为持力层。垫层材料可以就地取材,价格便宜,施工工艺较为简单。该法在软土埋深较浅、开挖土方量不太大的场地较常采用。

216　预压砂井法

预压法是在排水系统和加压系统的相互配合作用下,使地基土中的孔隙水排出。常用的排水系统有水平排水垫层、排水砂沟或其它水平排水体和竖直方向的排水砂井或塑料排水板;加压系统有堆载预压、真空预压或降低地下水位等。当堆载预压和真空预压联合使用时又称真空联合堆载预压法。基本做法如下:先将准备加固范围内的植被和表土清除,上铺砂垫层;然后垂直下插塑料排水板,砂垫层中横向布置排水管,用以改善加固地基的排水条件;再在砂垫层上铺设密封膜,用真空泵将密封膜以内的地基气压抽至负压80 kPa以上。该方法往往加固时间过长,抽真空处理范围有限,适用于工期要求较宽的淤泥或淤泥质土地基处理。流变特性很强的软性黏土、泥炭土,不宜采用此法。217　振动水冲法

振冲法是利用一根类似插入式混凝土振捣器的机具,称为振冲器,有上、下两个喷水口,在振动和冲击荷载的作用下,先在地基中成孔,再在孔内分别填入砂、碎石等材料,并分层振实或夯实,使地基得以加固。用砂桩、碎石桩加固初始强度不能太低(初始不排水抗剪强度一般要求大于20 kPa),对太软的淤泥或淤泥质土不宜采用。

石灰桩、二灰桩是在桩孔中灌入新鲜生石灰,或在生石灰中掺入适量粉煤灰、火山灰(常称为二灰),并分层击实而成桩。它通过生石灰的高吸水性、膨胀后对桩周土的挤密作用、离子交换作用和空气中的CO

2

与水发生酸化反应使被加固地基强度提高。

218　土工合成材料加筋加固法

土工合成材料加筋加固法是将土工合成材料平铺于堤防地基表面进行地基加大,能使堤防荷载均匀分散到地基中。当地基可能出现塑性剪切破坏时,土工合成材料将起到阻止破坏面形成或减小破坏发展的范围的作用,从而达到提高地基承载力的目的。此外土工合成材料与地基土之间的相互摩擦将限制地基土的侧向变形,从而增加地基的稳定性。

(上接第95页)　N

s 为锚杆轴向拉力值,400k N;ε

2

为锚杆

工作抗拉工作条件系数,本锚杆永久性锚杆,取0169;γ

为

重要性系数,取110;f

y

为钢筋抗拉强度设计值。经验算,锚筋截面面积满足要求。

1151214　锚固长度确定

选取该工程岩土工程勘察报告中有代表性的地质剖面进行计算。本抗浮锚杆采用在全段摩擦型锚杆,锚固长度按

式(6)计算:L≥N/(ε

1

πDτ)(6)式中:L为锚固长度;N为锚杆轴向拉力设计值,取200 k N;ε1为锚固体与地层粘结工作条件系数,取110;τ为地层与锚固体粘结强度特征值(kPa),按表1取值。

经验算,每根锚杆长度约为615m。

1151215　锚杆设计构造

为与底板共同作用,抗浮锚杆锚头锚固在底板中长度应大于40d,即锚固长度大于1112m,取112m。弯折后锚固在底板中。锚杆3根主筋用电焊并在一起,每隔115m焊接<6托架,便于使锚杆居中。

1151216　锚固体强度及水泥砂浆配比

锚固体强度应不低于30M Pa,填筑的豆石强度应无风化现象,其粒径应为5～20mm,可采用成都地区未风化的卵石进行加工。施工前进行试验确定锚固体强度,锚固体强度尽量与地下室设计强度等级一致,以利于防水处理。

建议水泥:砂:水=1:0105:0145。

116　抗浮锚杆抗拔力检测

锚杆施工完毕15d后,对本工程锚杆进行了抗拔力验收试验,按总桩数量的3%抽检。共抽取了12根锚杆进行抗拔力检测,试验最大荷载为抗拔力特征值的2倍。锚杆在逐级加载过程中或达到最大试验荷载时变形稳定,所测12根锚杆抗拔力特征值均不低于200k N,满足设计要求。

2　结　论

采用锚杆进行抗浮,其方法较简单,经济性较高。依据成都地区的几个地下结构锚杆抗浮使用情况看,采用正确的锚固体与土层的摩擦力,并在施工中采用正确的施工工艺,不仅能保证工程质量,也为工程投资带来很大的节约。但存在的问题也应引起注意。

(1)地下水净水浮力的取值需要进一步研究。地下水净浮力值为地下水的浮力与上部结构荷载的差值。地下水的力学作用不仅是静水压力作用,宜适当考虑动水压力作用。

(2)抗浮锚杆的力学稳定性需进一步考虑。抗浮锚杆承受的外力是非稳定的,而地下水的浮力随季节变化而呈周期性。此外,地震动力作用对抗浮锚杆的稳定性也不能忽视,在设计中应采取相应的措施。

(3)应抓紧制定适合成都地区情况的抗浮锚杆设计及施工的地方性规范,以指导目前应用越来越广泛的抗浮锚杆的设计、施工及检测。

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